ГосНИИАС
О координаторе проекта
Итоги
Аналитика
Карта проекта
Русская версия
Домашняя страница
English version
Написать письмо
Разработка беспроводной авионики
Новости/ > 2017/ > Разработка беспроводной авионики/
Разработка беспроводной авионики
21 июля 2017 Так как авиационные инженеры, поставщики и сборщики в настоящее время плотно заняты темой АЗН-В, им может быть сложно сосредоточиться на новых событиях в отрасли. Одним из таких событий является начало внедрения на реальные самолеты технологии беспроводной бортовой внутренней связи (Wireless Avionics Intra-Communications, WAIC — прим. ред.)

WAIC — это потенциальное средство сокращения примерно на 30% бортовых проводных коммуникаций за счет использования беспроводных устройств передачи данных для связи между критически важными системами воздушного судна (в класс WAIC-устройств не входят те, которые используются для связи с землей, со спутниками, с другими воздушными судами, а также относятся к системам развлечений в полете).

Первоначально технология WAIC требовала классификации, которая предусматривала целевую адаптацию, в частности, к стандартам авионики. Поскольку WAIC предполагает использование радиочастот, которые также могут использоваться другими устройствами, классификация WAIC должна была начаться с деятельности в рамках Сектора радиосвязи (ITU-R) Международного союза электросвязи (International Telecommunications Union, ITU — прим. ред.) Кроме того, поскольку частоты WAIC излучаются самолетами, которые перемещаются, пересекая международные границы, то для успешной классификации в данном вопросе требуется сотрудничество ITU с ИКАО.

ITU обеспечивает согласованный доступ к электромагнитным частотам во всем мире. Аналогичным образом ИКАО определяет согласованные стандарты и эксплуатационные процессы для авиации. Классификация WAIC первоначально была сфокусирована на нижних и верхних пороговых скоростях передачи данных, а также на аспектах, связанных с местонахождением устройств как внутри, так и снаружи воздушного судна. ITU исходно определил рабочий частотный спектр WAIC-устройств в пределах от 2-х до 5-ти ГГц. В 2011-ом году за номером M.2197 Сектором радиосвязи был выпущен соответствующий документ, охватывающий «мобильные, радиоуправляемые, любительские и связанные с ними спутниковые службы». >>>
>>> Начиная с 2008-го года другая группа играла важную роль в общем развитии, классификации и стандартизации WAIC. Институт аэрокосмических систем транспортных средств (Aerospace Vehicle Systems Institute, AVSI — прим. ред.), объединяющий компании, научные круги и правительственные учреждения со студенческим городком Техасского университета A&M в центре, взращивал и пропагандировал концепцию WAIC с участием авторитетных авиастроительных гигантов. Помимо университетской инженерно-экспериментальной станции нынешними членами этой группы являются Boeing, Airbus, Embraer, Harco, Honeywell и United Technologies. Значительную роль в разработке WAIC сыграли также BAE, Gulfstream и Bombardier.

После публикации Сектором радиосвязи документа M.2197, AVSI попросил ITU определить конкретные полосы WAIC-частот в диапазоне от 2 до 5 ГГц. В соответствии с докладом за номером M.2318.0, ITU определил полосы этих частот в диапазонах от 2700 до 2900 МГц, от 4200 до 4400 МГц и от 5350 до 5460 МГц.

Единственной подходящей для WAIC полосой частот ниже 15,7 Ггц, не подвергающейся помехам и не вызывающей их, оказался диапазон в пределах от 4,2 до 4,4 ГГц. Но все же возникла проблема с бортовыми радиолокационными высотомерами, которые функционируют в том же частотном спектре.

Понимая, что полоса частот от 4,2 до 4,4 ГГц является оптимальным выбором для WAIC, AVSI и другие заинтересованные стороны работали над ее будущим утверждением в качестве стандартной, которое, наконец, состоялось на Всемирной конференции по радиосвязи в 2015-ом году. Это также означало, что FAA (в лице RTCA), EASA (в лице EUROCAE) и ИКАО будут придерживаться назначенных частот и основываться на опубликованных документах Сектора радиосвязи ITU при разработке стандартов. Эти организации также будут стремиться разрешить совместное использование полосы частот в диапазоне от 4,2 до 4,4 ГГц WAIC-устройствами и бортовыми радиолокационными высотомерами. WAIC-устройства будут иметь низкую мощность (10 мВт) или высокую мощность (50 мВт) и, как ожидается, будут расположены на расстоянии менее чем 330 футов (100 м) друг от друга. >>>
>>> Разработка стандарта

AVSI сыграл важную роль в создании специального Комитета и рабочих групп, которым было поручено разрабатывать стандарты WAIC. Эти стандарты будут ориентировать проектировщиков, инженеров и монтажников при создании и интеграции прикладных систем WAIC. Каждая консенсус-ориентированная группа экспертов полностью поддерживается ИКАО, обеспечивая использование радиочастотного спектра в соответствии с руководящими принципами конвенции ИКАО, что создает необходимые предпосылки для сертификации оборудования. Две рабочие группы разрабатывают стандарты RTCA SC-236 и EUROCAE WG-96.

FAA отправляет RTCA необходимые запросы в форме официальных заданий, что ведет к созданию базового документа. В документе, выпущенном в июне 2016-го года, содержится призыв к разработке Стандарта минимальных эксплуатационных характеристик (Minimum Operational Performance Standard, MOPS — прим. ред.), позволяющего WAIC-устройствам безопасно работать вместе с радиолокационными высотомерами. RTCA определяет MOPS как систему, которая «предоставляет информацию, необходимую для понимания обоснованности характеристик оборудования и сформулированных требований, описывает типичные применения оборудования и эксплуатационные цели и определяет основу для требуемой производительности по стандарту». Группа SC-236, работающая совместно с группой WG-96, должна разработать стандарт для безопасной эксплуатации бортовых коммуникаций, имеющих отношение к двигателям, вспомогательной силовой установке и шасси.

Между тем группа WG-96 разрабатывает для Европы спецификацию процесса для определения соблюдения методов, которая должна продемонстрировать безопасность систем, использующих технологию WAIC. В результате совместных усилий группа WG-96 выпустит EUROCAE-версию того же MOPS. Оба стандарта должны быть готовы в 2019-ом году.

Существует два основных требования MOPS. Во-первых, чтобы безопасная работа радиовысотомеров не нарушалась. Во-вторых, чтобы был предопределен нижний порог производительности прикладных систем WAIC. >>>
>>> Эти основные требования подразделяются на следующие подмножества требований:
  • совместимость компонентов WAIC и радиовысотомеров на борту одного и того же самолета;
  • совместимость компонентов WAIC и радиовысотомеров на борту различных воздушных судов;
  • совместимость компонентов WAIC на борту одного и того же самолета;
  • совместимость компонентов WAIC на борту одного самолета с компонентами WAIC на борту других воздушных судов.
По причине возможной близости траекторий полета, которая допускается при использовании новых, основанных на технических характеристиках воздушных судов навигационных процедур, летательные аппараты могут пролетать на более близком, чем прежде, расстоянии друг от друга, создавая тем самым значительный риск помех WAIC-устройствам. В частности, это касается радиовысотомеров, так как самолеты, пролетающие в непосредственной близости один под другим, могут быть в большей степени подвержены помехам, чем те, которые движутся в одной горизонтальной плоскости. Данный факт связан с тем, что антенна радиовысотомера установлена в нижней части фюзеляжа самолета.

ИКАО требует, чтобы оценивалась любая подверженность помехам между различными летательными аппаратами, поэтому будет существовать стандарт WAIC и рекомендуемая практика, разработанная для обеспечения эксплуатационной совместимости воздушных судов.

Кроме того, в базовом документе рассматриваются возможные проблемы кибербезопасности и деятельность рабочей группы SC-236 увязывается с деятельностью группы SC-216, входящей в состав Комитета по безопасности авиационных систем RTCA. >>>
>>> Почему WAIC

Пилоты всегда ищут способы уменьшить вес самолета, улучшить летные качества с целью сокращения взлетной дистанции и использовать меньше топлива. Содействуя этим желаниям, технология WAIC повышает безопасность и экономическую эффективность воздушных судов за счет устранения электропроводки между их системами.

Примечательно, что нынешний типичный авиатранспортный департамент больше полагается на полученные в режиме реального времени полетные данные об ухудшении летно-технических характеристик и сбоях. Такие предпочтения увеличивают потребность в системных датчиках, способных передавать информацию на центральный управляющий компьютер самолета с целью трансляции ее через спутник на землю. Традиционно все это связано с большим количеством проводов и, следовательно, необходима высокая пропускная способность безопасной беспроводной связи между системами воздушных судов.

Важное значение имеет способность WAIC информировать о статусе подвижных элементов конструкции самолета и контролировать факторы, влияющие на надежность, такие как температуру, давление, влажность и состояние износа. Будущие прикладные системы, которые не могут обслуживаться только с использованием проводов, могут быть дополнены WAIC-устройствами или вообще заменены ими. По мере выявления рисков, путем анализа функциональных сбоев и отказов группового типа с одной стороны, и уменьшения проводки — с другой, планируется смягчение в перспективе двойной и тройной системной избыточности.

WAIC поддерживает возможность перенастройки систем для обновлений или интеграции новых функций. Если эти изменения могут быть выполнены с помощью беспроводной реконфигурации, в противоположность изменениям в проводке, то преимущество меньшего количества точек проводного подключения станет очевидным.

Поскольку стандарт WAIC будет утвержден и будет предоставляться в качестве руководства для органов по сертификации во всей отрасли, то это должно означать менее трудный процесс сертификации оборудования, и, особенно, интеграции воздушных судов. Проектировщики и инженеры по сертификации могут применять аналогичный процесс по отношению к радиоустройствам, используемым в системах навигации, наблюдения и связи. По причине согласованного на Всемирной конференции радиосвязи 2015-го года распределения частот процесс лицензирования оборудования может теперь применяться на глобальном уровне, обеспечивая согласование технических и эксплуатационных критериев. Эта же согласованность применяется к инструкциям по технике безопасности и инструкциям по обеспечению качества, которые используются для сертификации оборудования WAIC. >>>
>>> Сокращение электропроводки

Аргумент о сокращении длины проводов находит свое подтверждение при ближайшем рассмотрении типичного двухдвигательного коммерческого авиалайнера. При приблизительном общем количестве отрезков проводов равном 100 000-ам штук и общей длине 292 мили (470 км) суммарный вес электропроводки, включенный в общий вес воздушного судна, составляет 12 566 фунтов (5700 кг), что эквивалентно типичному предельному весу легкого самолета. Разумеется, вся проводка должна быть прикреплена вдоль ее маршрута, поэтому добавьте сюда еще около 4189 фунтов (1900 кг) или плюс 30%, но даже этот расчет не учитывает вес всех разъемов на обоих концах проводов. Предположим, что однодвигательное воздушное судно должно иметь что-то около половины от того и другого веса.

Конечно, WAIC-устройства не устранят все проводные соединения, но, по предварительным оценкам, снизят их общее количество на 30% независимо от размера воздушного судна.

На самом деле WAIC-устройства могут даже добавить проводку на воздушном судне для достижения цели ее сокращения. Это связано с тем, что у критически важных с точки зрения безопасности систем должны быть по два отдельных провода для каждой функции, и, будучи проводами, оба могут иметь одинаковые критерии отказа. Если бы на замену кого-то из них пришла беспроводная радиосвязь, то результат анализа безопасности был бы совсем другим.

Для выполнения требований по пропускной способности в рамках выделенного спектра датчики сначала группируются по высоким и низким скоростям передачи данных, а затем объединяются для ожидаемой общей работы с этими данными. По некоторым оценкам, передача совокупности WAIC-данных укладывается в частотный интервал 145 МГц, что справедливо для каждого двухдвигательного коммерческого авиалайнера. >>>
>>> В сентябре 2017-го года группы SC-236 и WG-96 получат подробный инструктаж по требованиям WAIC, запрос центра сертификации и общий контекст документа.

Кроме того, Комитет был ознакомлен с MOPS, который в конечном счете приведет к документу DO-XXX. Европа также выпустит проект документа ED 246 для беспроводных бортовых сетей, который уже открыт для замечаний.

Окончательный MOPS может даже использоваться в качестве основы для соответствующего Технического стандарта безопасности (Technical Standard Order, TSO — прим. ред.) FAA и Европейского технического стандарта безопасности (European Technical Standard Order, ETSO — прим. ред.) применительно к проектированию и разрешению на использование авиационного оборудования. Оборудование, спроектированное в соответствии с TSO, будет иметь право на использование на самолетах, сертифицированных по стандартам FAA.

Кроме того, FAA может впоследствии выпустить консультативный циркуляр, а EASA — сертификационный меморандум, относящиеся к процессу сертификации WAIC-устройств.

По мере продвижения работы групп SC-236 и WG-96 становятся все более понятными масштабы и глубина необходимой деятельности. Изучая некоторые аспекты этой работы, можно получить представление о статусе и внутренних рабочих процессах по разработке стандартов WAIC.

Классификация MOPS будет соответствовать стандартному формату и с технической точки зрения включать в себя следующие основные разделы:
  • стандартизация оборудования и условий окружающей среды;
  • процедуры проведения испытаний;
  • условия изготовителя;
  • эксплуатационные характеристики. >>>
>>> В рамках подготовки MOPS эта деятельность включает в себя понимание и разработку отраслевого руководства, охватывающего, как минимум, следующее:
  • Требования WAIC к частотному спектру.
  • Высокую и низкую, внутреннюю и внешнюю (по отношению к воздушному судну) скорость передачи данных.
  • Концепцию WAIC.
  • Защиту радиовысотомера с использованием направленных внешних антенн WAIC-устройств.
  • Безопасность и шифрование.
  • Некоторые важные критерии физического оборудования, включающие:
    • Определение как цифрового, так и аналогового компонента датчика шины.
    • Источники питания и требования по питанию.
    • Рекомендации и ограничения по установке.
    • Вопросы по антенне, включая ее местоположение, ориентацию и распределение поля.
  • Обслуживание прикладных систем WAIC, включая сохранение летной годности.
  • Модернизацию и реконфигурацию.
  • Использование WAIC-передатчиков в качестве беспроводных датчиков.
  • Радиочастотную защиту человека.
  • Применимость других нормативных документов, особенно общепринятых стандартов, таких как DO-160G (Условия эксплуатации и окружающей среды для бортового авиационного оборудования; требования, нормы и методы испытаний), DO-254 (Руководство по гарантии качества разработки бортовой электронной аппаратуры) и DO-178C (Вопросы программного обеспечения при сертификации бортовой аппаратуры и систем). >>>
>>> Одним из видов деятельности рабочих групп было летное тестирование, чтобы проверить подверженность радиовысотомеров WAIC-подобным помехам, которое недавно проводилось с помощью скоординированных усилий NASA, Honeywell, Thales и Rockwell Collins. NASA также профинансировало программу исследований в области моделирования, а в декабре 2016-го года выпустила Белую книгу, касающуюся отражающих характеристик WAIC-излучений в полостях воздушных судов, а также при выпущенном/убранном переднем шасси.

AVSI является основным куратором, организуя различные тесты, создавая предпосылки и предоставляя необходимые данные для валидации разрабатываемых стандартов.

Самолеты, оснащенные рабочими устройствами WAIC, будут летать дальше, дольше, дешевле и экологичнее, чем их полностью проводные аналоги. Отрасли могут быть очевидны преимущества беспроводной безопасной связи. У самолетостроителей и предприятий-сборщиков есть целый новый бизнес-сектор, который можно добавить в свой продуктовый портфель, и даже если WAIC-системы не включены в комплектацию воздушного судна изначально, их все равно можно установить во время технического обслуживания или системных обновлений.

AVSI, а также группы RTCA SC-236 и EUROCAE WG-96 усердно работают со своими отраслевыми партнерами по вопросам создания приемлемых стандартов в течение ближайших трех лет. В то же время ИКАО продолжает осуществлять общий контроль и обеспечивать согласованность действий.

Более подробную информацию можно получить на сайте:
http://interactive.aviationtoday.com/avionicsmagazine/june-july-2017/
development-of-wireless-avionics-intra-communications/
.

Поиск по проекту
Искать!
© 2017 Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем. Все права защищены. Условия использования информации.